Nachhaltige Batterien

Farasis gelingt Direkt-Recycling von Lithium-Ionen-Akkus

5. Mai 2022, 14:18 Uhr | Ralf Higgelke
Farasis
Batterieproduktion bei Farasis
© Farasis

Das Kathodenmaterial ist mit das Teuerste in der Zellproduktion. Ließe sich dieses beim Lebensende der Batterie oder aus dem Ausschuss bei der Zellherstellung energiesparend rückgewinnen, ließen sich Abfall reduzieren und Ressourcen schonen. Farasis Energy behauptet, dass ihnen das nun gelungen sei.

Moderne Batterien für Elektroautos enthalten in der Kathode häufig hohe Anteile des Übergangsmetalloxids NCM (Nickel, Kobalt und Mangan). Dessen Recycling aus Produktionsausschuss oder aus alten Batterien konzentrieren sich kommerzielle Wiederaufbereiter aktuell entweder auf das Schmelzen bei hohen Temperaturen (Pyrometallurgie) oder auf die chemische Auflösung (Hydrometallurgie) des sorgfältig entwickelten Kathodenmaterials und gewinnen damit nur die einzelnen Metalle zurück.

Diese Recyclingtechniken sind energieintensiv und haben erhebliche negative Auswirkungen auf die Umwelt. Seit mehr als zehn Jahren erforscht und entwickelt Farasis Energy ein Direkt-Recycling-Verfahren für gebrauchte Lithium-Ionen-Batterien. Dieses Verfahren soll die direkte Rückgewinnung und Wiederverwendung wertvoller Materialien aus diesen Batterien sowie aus dem Ausschuss der Zellherstellung ermöglicht – vor allem das Kathodenmaterial.

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Direkt-Recycling-Prozess bei Farasis
© Farasis

Das Direkt-Recycling-Verfahren hingegen ermöglicht die direkte und vollständige Rückgewinnung des hochwertigen Kathodenmaterials in seiner ursprünglichen chemischen und physikalischen Komposition unter Erhaltung der Kristallstruktur. Das bedeutet: Das aktive Material für Kathoden wird unversehrt zurückgewonnen und kann direkt wieder für die Produktion neuer Lithium-Ionen-Zellen verwendet werden – ohne Leistungsverluste. Mit dem umweltfreundlichen Direkt-Recycling-Verfahren von Farasis entfällt somit die kosten- und energieintensive Resynthese des Kathodenmaterials aus seinen Grundbestandteilen.

Jetzt konnte Farasis belegen, dass recyceltes Kathodenmaterial aus gebrauchten Zellen oder Produktionsausschuss zurückgewonnen und in neue Zellen integriert werden kann. Konkret hat Farasis nachgewiesen, dass Zellen, die bis zu 25 Prozent recyceltes Kathodenmaterial enthalten, eine gleichwertige Leistung erbringen können wie Zellen aus ausschließlich neuem Kathodenmaterial.

Das Direkt-Recycling-Verfahren ermöglicht es also, den Einsatz und die Menge an neuem aktivem Kathodenmaterial erheblich zu reduzieren, ohne die Leistung der neu hergestellten Batterien zu beeinträchtigen. Gleichzeitig trägt es zu einer umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Methode der Zellherstellung bei und reduziert den gesamten CO2-Fußabdruck.

»Unser Ziel ist, eine geschlossene Wertschöpfungskette der Batterie über ihren gesamten Lebenszyklus, vom Design bis zum End-of-Life-Management zu entwickeln«, so Dr. Keith Kepler, CTO und Mitbegründer von Farasis. »Diesem Anspruch sind wir mit der Validierung unseres Direkt-Recycling-Verfahrens ein gutes Stück nähergekommen.«

Idaho National Laboratory, Farasis
Im Vergleich: Entwicklung der Leistung von 2Ah-Musterzellen mit 25 Prozent recyceltem Kathodenmaterial und 2Ah-Musterzellen aus ausschließlich neuem Material über eine Dauer von 600 Lade-/Entladezyklen.
© Idaho National Laboratory

Interne Tests und die externe Validierung von 2-Ah-Musterzellen durch ein Labor des Energieministeriums der Vereinigten Staaten (US Department of Energy) haben gezeigt, dass die Leistung von Zellen mit recyceltem Kathodenmaterial selbst nach 600 Lade- und Entladezyklen vergleichbar ist mit der ihrer Gegenstücke aus ausschließlich neuem Kathodenmaterial.

Im nächsten Schritt wird es nun darum gehen, die Industrialisierung des Kathoden-Recycling-Verfahrens in großem Maßstab zu validieren. Mit dem klaren Ziel, schnellstmöglich in das Recycling des Kathoden-Elektroden-Ausschusses aus der Zellherstellung einzusteigen.


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